水生植物种植对小哑叭河洪水入库水质影响研究

程 程 郑海龙 佟 玲

(北京市南水北调大宁管理处，北京 102442)

1 水库基本情况

大宁水库是原永定河滞洪水库之一，为调蓄南水北调来水、提高北京城市供水保证率，在设计北京市南水北调配套工程时，考虑将原大宁水库进行改造，使其在承担原设计防洪任务的基础上，增加调蓄的功能。大宁调蓄水库于2011年底改造完成，总库容4611万m3，非汛期最大可调蓄库容3753万m3，汛期最大可调蓄库容为1006万m3，现水域面积约200万m2[1]。

大宁调蓄水库库北入库河流为小哑叭河、小清河。小清河河道常年干涸，小哑叭河发源于丰台区廊坡顶一带浅山区，上游分南北两支，两支在下营村东汇合后称小哑叭河，河道流经东河沿、张郭庄等村庄，汇入大宁调蓄水库，总流域面积约20km2。小哑叭河上游地处山区、半山区地带，下游地处平原区，属季节性行洪河道，在汛期常有雨洪水汇流入库，是大宁调蓄水库水质保护的潜在风险[2]。

在水库改造工程设计时，已考虑到了小哑叭河入库河水可能引起的水库水质风险，原设计方案中包含了小哑叭河新挖河道工程，但在建设过程中，由于征地、拆迁等原因，工程未能实施，且未来实施的难度仍然较大。因此，需考虑使用非工程措施解决入库河水水质问题。运用生态的办法解决入库水质问题，工程难度低，实施方便，且能丰富生物多样性，具备多种使用功能。在水陆交错带建立植被缓冲区是大宁调蓄水库解决河水入库水质问题的首选[3]。

2 水生植物的选取和种植

为实现防止水土流失、涵养水源、阻隔污染物入库、净化水质、美化环境的目的，在植被缓冲区种植水生植物时需充分考虑水生植物的不同特点。拦蓄地表径流、涵养水源需要根系较为发达的植物，浓密的冠幅和较大的种植密度也有利于防止降雨直接冲击地表。美化环境和净化水质的要求需要考虑植物不同季节的生长状态和耐水性。在配置过程中也要充分考虑挺水植物与沉水植物的交错配置，营造错落有致的景观，遵循因地制宜原则。植物种类以乡土植物为主，既可避免“外来物种”入侵的风险，同时具有易于管理、价格较低等优势。选取的水生植物特征见表1。

表1 已选水生植物的特性

2019年5月，在库北小哑叭河出口水陆交错带(水深在0.5～1.5m之间)种植沉水植物约500m2，种植挺水植物600m2，见图1。

图1 种植位置示意图

3 效果分析

3.1 水质监测情况

相关研究结果显示，雨洪入库水的五日生化需氧量、氨氮、总氮等指标变化较大[4]。因此，检测指标选取总氮、总磷、氨氮、溶解氧等6项，监测及评价依据为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)。水质分析严格按照水和废水监测分析方法进行,取样日期为汛期小哑叭河发生汇流入库当日，取样点选择小哑叭河入库口处，库区取样点为近库中心位置。2019年7月和8月共进行4次汇水水质检测，详细情况见表2。根据表3中数值标准分析表2中数据可知，汇水水质中总氮数值较高，已超过地表水Ⅴ类限值，化学需氧量、五日生化需氧量超过地表水Ⅳ类限值，其余项目数值未超过地表水Ⅳ类限值，但也应重点关注入库河水中总氮、化学需氧量、五日生化需氧量等主要污染项目变化情况。

表2 小哑叭河入库水质监测数据

表3 地表水环境质量标准Ⅳ类、Ⅴ类基本项目标准限值

3.2 结果分析

将7月14日、7月22日、8月9日、8月20日的入库水质检测情况与大宁调蓄水库的8月、9月水质检测值进行对比(见图2～图7)，结果显示，小哑叭河入库水中的总氮含量在9.95～11.40mg/L之间，总磷含量在0.25～0.29mg/L之间，氨氮含量在0.49～0.63mg/L之间，溶解氧含量在2.98～4.87mg/L之间，化学需氧量在30.00～33.60mg/L之间，五日生化需氧量在3.30～6.20mg/L之间；但8月、9月大宁调蓄水库的库区水质监测结果显示，总氮含量未超过0.50mg/L、总磷含量未超过0.025mg/L、氨氮含量未超过0.50mg/L、溶解氧大于6.00mg/L、化学需氧量小于15.00mg/L、五日生化需氧量小于3.00mg/L。说明在汇流后，水库的水质并未有大幅度的波动情况，汇水经生态种植区净化截留后进入水库，去除了部分污染物，同时，水生植物本身发挥了一定的净化的效果，汇水在植物区经过吸收、沉淀、净化后流入水库，对水库水质指标影响较小。

图2 总氮监测对比

图3 总磷监测对比

图4 氨氮监测对比

图5 溶解氧监测对比

图6 化学需氧量监测对比

图7 五日生化需氧量监测对比

2019年和2018年水库调度运行情况较为规律，蓄水量没有大幅变化，相关环境因素影响较低，可以认为两年环境条件接近。2019年种植水生植物后，与2018年未种植水生植物相比，库区水质在总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮等指标方面的变化见图8～图13。2019年的总氮值普遍低于2018年，其他指标两年变化趋势不显著，说明水生植物对氮的吸收作用较强，但在水质较好的情况下，水生植物没有明显消除水体中有机物的效用。

图8 库区总氮变化

图9 库区总磷变化

图10 库区氨氮变化

图11 库区化学需氧量变化

图12 库区五日生化需氧量变化

4 讨论和建议

4.1 增加水生植物的种植面积

种植水生植物，可以在一定程度上削减、截留、净化雨洪污染物，有利于水库的水质保护[5]。在库区小哑叭河汇流入口处持续开展水生植物种植，有条件的情况下，可于小哑叭河入库口断面向河道上游种植吸附营养盐能力强的水生植物，利用河道内水生植物去除河水中污染物，延长径流和生活污水在河道中的停留时间，使泥沙等颗粒态污染物沉降[6]。同时，增加库区种植水生植物的面积，利用植物吸收水体中氮磷等营养成分；再利用培育的植物和土壤微生物转化、降解和吸收水体中污染物，进一步加强库区水质的保护。

4.2 进一步研究水生植物对有机物的去除效果

水生植物可以直接吸收水体中有机污染物。以往的大量实验数据表明，水生植物对有机污染物有削减作用。亲水性有机污染物易被植物直接吸收，疏水性有机污染物则被根系表面吸附，由根系膜或微生物降解有机污染物。2019年小哑叭河入库口种植水生植物后大宁水库水质COD、BOD5数值并未比2018年未种植水生植物时明显降低，说明种植水生植物后并未产生明显的去除有机污染物作用[7-9]。因此建议：一是对大宁调蓄水库有机污染物进行化学分析，针对有机污染物种类种植水生植物；二是研究水体有机污染物浓度与植物去除效果的关系，以往相关文献中进水或原状水COD、BOD5数值至少是本文数值的5倍，在较低COD、BOD5数值的水体中，水生植物对有机污染物的转化、降解是否存在作用减弱、效率降低的问题，还有待进一步研究。

4.3 研究水生植物对库区藻类的影响

水库水体相对静止，在温度适宜、营养盐丰富的情况下，浮游植物容易大量生长，从而降低了水体透明度，存在发生水华的风险[10]。种植水生植物，通过不同水生植物的化感作用，可抑制藻类生长。建议下一步库区水质监测指标中加入叶绿素含量这一指标，分析水生植物对库区藻类的影响。

5 结 语

用生态方法解决水质问题，是对水环境改善方法的有益探索，是未来全面实现水生态修复的重要手段。用生态的手段提升河湖的环境质量，保护、改善和修复区域水生态，也是实现城市水源地有效保护的重要路径之一。逐步恢复河滨带、库滨带等自然生态系统，改善湖库、河岸生态微循环，提高水体自净功能，统筹岸线景观建设，打造功能复合、开合有致的滨水空间，提升河道的亲水性，以满足市民休闲、娱乐、观光等多种需求，也将成为城市河湖未来发展的方向。